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摘要:MIBINI大桥跨越赤道几内亚共和国最大的河流WELE河,主桥为
120+120m独塔双索面预应力混凝土斜拉桥,本文简要介绍了主桥的设计和施工控
制情况。
本桥设计时,充分考虑了工程所在地的建设条件,在满足景观要求的同时,尽
量做到经济适用。在方案设计阶段,本桥拟定了独塔斜拉桥、钢箱拱桥、三塔部分
斜拉桥、连续梁等四个桥型方案进行比较,选定了独塔斜拉桥作为设计方案。主桥
跨径根据通航净宽和通航的要求选择了120m。桥塔选取了“H”型和“倒Y”型
塔进行景观比较,最终选择了“倒Y”型塔。本桥在设计方面有三个难点,分别是
C45混凝土主梁的应力控制、索塔锚固区的环向预应力设计和索塔下横梁的预应力
设计。
MIBINI大桥的施工控制目的就是确保该斜拉桥施工中的快捷、安全并尽量使
成桥后的结构内力、线型与设计预期相符合。该桥梁的施工控制是一个预告-量测
-识别-修正-预告的循环过程。施工控制的要求首先是确保施工中结构的安全,
其次是保证结构的内力合理和外形美观。根据悬浇混凝土斜拉桥施工的主要特点,
本桥在施工控制中采取了相应对策。
关键词:独塔斜拉桥,设计,施工控制
中图分类号:S611文献标识码:A
第-1-页
-1-
一、绪论
赤道几内亚共和国位于非洲中西部,毗邻大西洋东岸的几内亚湾,该国最大
的河流WELE河从东往西流入大西洋。MIBINI大桥即位于连接WELE河的入海
口处连接两岸的Bolondo和Mbini村。桥梁全长1087m,是该国第一座预应力混
凝土斜拉桥。主桥采用120+120m独塔双索面预应力混凝土斜拉桥;引桥采用30m
先简支后连续预制混凝土T梁。
该桥的建设地点位于非洲的热带雨林之中,属经济欠发达地区,投资规模、
建设材料都受到很大的制约,故该桥主梁仅有13m宽,设置了双向双车道和人
行道,混凝土强度最高仅能达到C45标准,而荷载等级要求达到公路-I级。在国
内,同类斜拉桥主梁宽度一般都大于20米,主梁混凝土一般采用C50~C60。因
此,虽然独塔斜拉桥在我国有较为丰富的建设经验,但因该桥具有特殊的建设条
件,设计和施工都有不小的难度。
二、本桥的方案设计
1、建设条件
(
1111
)自然条件
该地属赤道雨林气候,潮湿,多雨多云。一年中,1~3月份为大旱季,4~6
月份为小雨季,7~9月份为大雨季,10~12月份为小旱季。地区年平均降雨量为
2112.6mm,年平均降雨天数152天,日最大降雨量144mm,小时暴雨强度为23.5mm;
年气温变化在摄氏15度和32度之间;年平均相对湿度为88.8%;年平均日照5
小时,白天日照比较强,早晚凉爽。近海地区各季节基本以南风和偏西南风为主,
无飓风灾害。
第-2-页
-2-
图1-1赤道几内亚MBINI大桥桥位俯瞰
(
2222
)技术标准
⑴设计荷载:公路-I级;
⑵行车道数:双向双车道;
⑶桥面宽度:2(人行道+锚索区)+2X4.5(行车道)+2(锚索区+人行道),总宽
13m。
⑷设计速度:60km/h。
⑸设计风速:14m/s。
⑹通航净空:
表1-1Mbini大桥通航净空表
航道等级代表船型主桥通航孔跨径(m)通航净
宽(m)
通航净
高(m)
设计最高
通航水位(m)
设计最低
通航水位(m)
内河Ⅱ
(2)
2000T内
河船舶12010518.012.00010.000
⑺船舶撞击力:
表1-2桥墩船舶撞击力计算值
航道名称
船舶撞击力(MN)
备注横桥向顺桥向
第-3-页
-3-
WELE河通航孔1.10.9主墩及过渡墩
(
3333
)建材情况
由于赤道几内亚国内基本没有重工业,本国不能生产符合桥梁建设要求的
钢材、水泥、砂石料级配强度较低,最高仅能生产强度等级相当于C35的混凝
土,大部分建材均需要通过海路进口。
2、方案构思
(
1111
)桥型方案比选
考虑到建设成本和实用性等因素,桥梁全长初步拟定为1000m左右;主桥
拟采用单向通航条件下单孔跨径大于105m或双向通航条件下单孔跨径210m的
大跨度桥梁结构。本项目主桥共设计了四个桥型方案,分别为独塔斜拉桥、钢箱
拱桥、三塔部分斜拉桥、连续梁桥。
图1-2赤道几内亚桥型方案比选
从经济和建设难度角度出发,钢箱拱桥和三塔部分斜拉桥方案的造价较高、
且技术难度较大,而连续梁桥方案虽然造价较低,景观效果却不好,所以MBINI
大桥最终方案拟定为造价和景观效果均比较适中的独塔斜拉桥方案。主桥跨径根
第-4-页
-4-
据通航凈宽和通航的要求选择了120m,采用预应力混凝土主梁,由于是独塔,
结构体系选用塔梁固结,墩梁分离的形式。
(
2222
)建筑造型设计
根据对已建成桥梁的统计,独塔斜拉桥的塔
高与主跨之比在0.5左右
[1][1][1][1]
,本桥的桥面以上塔
高取为60m。若把塔高定为1,则本桥的主跨长
度为2,即为4,正好符合建筑美学的动态匀称
比例原则,即由整数的平方根所形成的级数2、
3、4···与1的之比,一般认为凡是采用
该比例的图形是美的
[2][2][2][2]
。
考虑到本桥仅设置两个车道,没有中央分隔带用来设置单索面,只能采用双
索面的布置形式,故索塔采用“倒Y型”塔和“H型”塔方案进行造型比选。
图1-3赤道几内亚MBINI大桥索塔造型比选
桥塔最终选择了“倒Y”型,基于以下两点原因:
1本桥塔高较小,且又是独塔斜拉桥,单个“H型”塔在索面的层次
上比较单一、缺乏变化。而“倒Y型”塔的索面呈空间发撒状,层次更丰
富。
2从桥梁的稳定和动势的角度出发,“倒Y型”塔更能给人们一种稳
定的感觉。在桥面行驶时,空间发撒的拉索更能给人们强劲的张力,使
桥梁更显示出一种生机盎然、充满活力的气质。
第-5-页
-5-
图1-4斜拉索空间效果
二、本桥的设计难点
1、主梁应力控制的难点
由于主梁混凝土等级为C45,因此主梁的应力控制较为严格。本桥在设计时
采用了分次张拉斜拉索的方法来控制主梁的应力。主梁的每个梁段均按三次张拉
张拉斜拉索,并在合龙后再调整一遍索力,具体步骤如下:
①每个梁段施工时,首先架设并第一次对称张拉该梁段的斜拉索。
②浇注该梁段的一半混凝土。
③第二次对称张拉该梁段的斜拉索。
④浇注该梁段剩余一半混凝土。
⑤张拉相应的纵向预应力钢束、剪断斜拉索与挂篮的联系。
⑥第三次对称张拉该梁段的斜拉索。
⑦前移挂篮,施工下一梁段。
⑧合龙后根据实际受力情况调整索力,使主梁受力均匀合理。
⑨按以上方案调整索力后,MBINI大桥的计算结果如下:
表2-1主梁持久状况和短暂状况截面正应力表
施工阶段成桥阶段运营阶段
正应力max(MPa)正应力max(MPa)正应力max(MPa)
18.38.913.3
各阶段混凝土最大压应力均满足规范要求
表2-2主梁持久状况主压应力表
主压应力max(MPa)持久状态箱梁最大主压应力满足规范要求
120+120m独塔双索面预应力混凝土斜拉桥,本文简要介绍了主桥的设计和施工控
制情况。
本桥设计时,充分考虑了工程所在地的建设条件,在满足景观要求的同时,尽
量做到经济适用。在方案设计阶段,本桥拟定了独塔斜拉桥、钢箱拱桥、三塔部分
斜拉桥、连续梁等四个桥型方案进行比较,选定了独塔斜拉桥作为设计方案。主桥
跨径根据通航净宽和通航的要求选择了120m。桥塔选取了“H”型和“倒Y”型
塔进行景观比较,最终选择了“倒Y”型塔。本桥在设计方面有三个难点,分别是
C45混凝土主梁的应力控制、索塔锚固区的环向预应力设计和索塔下横梁的预应力
设计。
MIBINI大桥的施工控制目的就是确保该斜拉桥施工中的快捷、安全并尽量使
成桥后的结构内力、线型与设计预期相符合。该桥梁的施工控制是一个预告-量测
-识别-修正-预告的循环过程。施工控制的要求首先是确保施工中结构的安全,
其次是保证结构的内力合理和外形美观。根据悬浇混凝土斜拉桥施工的主要特点,
本桥在施工控制中采取了相应对策。
关键词:独塔斜拉桥,设计,施工控制
中图分类号:S611文献标识码:A
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一、绪论
赤道几内亚共和国位于非洲中西部,毗邻大西洋东岸的几内亚湾,该国最大
的河流WELE河从东往西流入大西洋。MIBINI大桥即位于连接WELE河的入海
口处连接两岸的Bolondo和Mbini村。桥梁全长1087m,是该国第一座预应力混
凝土斜拉桥。主桥采用120+120m独塔双索面预应力混凝土斜拉桥;引桥采用30m
先简支后连续预制混凝土T梁。
该桥的建设地点位于非洲的热带雨林之中,属经济欠发达地区,投资规模、
建设材料都受到很大的制约,故该桥主梁仅有13m宽,设置了双向双车道和人
行道,混凝土强度最高仅能达到C45标准,而荷载等级要求达到公路-I级。在国
内,同类斜拉桥主梁宽度一般都大于20米,主梁混凝土一般采用C50~C60。因
此,虽然独塔斜拉桥在我国有较为丰富的建设经验,但因该桥具有特殊的建设条
件,设计和施工都有不小的难度。
二、本桥的方案设计
1、建设条件
(
1111
)自然条件
该地属赤道雨林气候,潮湿,多雨多云。一年中,1~3月份为大旱季,4~6
月份为小雨季,7~9月份为大雨季,10~12月份为小旱季。地区年平均降雨量为
2112.6mm,年平均降雨天数152天,日最大降雨量144mm,小时暴雨强度为23.5mm;
年气温变化在摄氏15度和32度之间;年平均相对湿度为88.8%;年平均日照5
小时,白天日照比较强,早晚凉爽。近海地区各季节基本以南风和偏西南风为主,
无飓风灾害。
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图1-1赤道几内亚MBINI大桥桥位俯瞰
(
2222
)技术标准
⑴设计荷载:公路-I级;
⑵行车道数:双向双车道;
⑶桥面宽度:2(人行道+锚索区)+2X4.5(行车道)+2(锚索区+人行道),总宽
13m。
⑷设计速度:60km/h。
⑸设计风速:14m/s。
⑹通航净空:
表1-1Mbini大桥通航净空表
航道等级代表船型主桥通航孔跨径(m)通航净
宽(m)
通航净
高(m)
设计最高
通航水位(m)
设计最低
通航水位(m)
内河Ⅱ
(2)
2000T内
河船舶12010518.012.00010.000
⑺船舶撞击力:
表1-2桥墩船舶撞击力计算值
航道名称
船舶撞击力(MN)
备注横桥向顺桥向
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WELE河通航孔1.10.9主墩及过渡墩
(
3333
)建材情况
由于赤道几内亚国内基本没有重工业,本国不能生产符合桥梁建设要求的
钢材、水泥、砂石料级配强度较低,最高仅能生产强度等级相当于C35的混凝
土,大部分建材均需要通过海路进口。
2、方案构思
(
1111
)桥型方案比选
考虑到建设成本和实用性等因素,桥梁全长初步拟定为1000m左右;主桥
拟采用单向通航条件下单孔跨径大于105m或双向通航条件下单孔跨径210m的
大跨度桥梁结构。本项目主桥共设计了四个桥型方案,分别为独塔斜拉桥、钢箱
拱桥、三塔部分斜拉桥、连续梁桥。
图1-2赤道几内亚桥型方案比选
从经济和建设难度角度出发,钢箱拱桥和三塔部分斜拉桥方案的造价较高、
且技术难度较大,而连续梁桥方案虽然造价较低,景观效果却不好,所以MBINI
大桥最终方案拟定为造价和景观效果均比较适中的独塔斜拉桥方案。主桥跨径根
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据通航凈宽和通航的要求选择了120m,采用预应力混凝土主梁,由于是独塔,
结构体系选用塔梁固结,墩梁分离的形式。
(
2222
)建筑造型设计
根据对已建成桥梁的统计,独塔斜拉桥的塔
高与主跨之比在0.5左右
[1][1][1][1]
,本桥的桥面以上塔
高取为60m。若把塔高定为1,则本桥的主跨长
度为2,即为4,正好符合建筑美学的动态匀称
比例原则,即由整数的平方根所形成的级数2、
3、4···与1的之比,一般认为凡是采用
该比例的图形是美的
[2][2][2][2]
。
考虑到本桥仅设置两个车道,没有中央分隔带用来设置单索面,只能采用双
索面的布置形式,故索塔采用“倒Y型”塔和“H型”塔方案进行造型比选。
图1-3赤道几内亚MBINI大桥索塔造型比选
桥塔最终选择了“倒Y”型,基于以下两点原因:
1本桥塔高较小,且又是独塔斜拉桥,单个“H型”塔在索面的层次
上比较单一、缺乏变化。而“倒Y型”塔的索面呈空间发撒状,层次更丰
富。
2从桥梁的稳定和动势的角度出发,“倒Y型”塔更能给人们一种稳
定的感觉。在桥面行驶时,空间发撒的拉索更能给人们强劲的张力,使
桥梁更显示出一种生机盎然、充满活力的气质。
第-5-页
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图1-4斜拉索空间效果
二、本桥的设计难点
1、主梁应力控制的难点
由于主梁混凝土等级为C45,因此主梁的应力控制较为严格。本桥在设计时
采用了分次张拉斜拉索的方法来控制主梁的应力。主梁的每个梁段均按三次张拉
张拉斜拉索,并在合龙后再调整一遍索力,具体步骤如下:
①每个梁段施工时,首先架设并第一次对称张拉该梁段的斜拉索。
②浇注该梁段的一半混凝土。
③第二次对称张拉该梁段的斜拉索。
④浇注该梁段剩余一半混凝土。
⑤张拉相应的纵向预应力钢束、剪断斜拉索与挂篮的联系。
⑥第三次对称张拉该梁段的斜拉索。
⑦前移挂篮,施工下一梁段。
⑧合龙后根据实际受力情况调整索力,使主梁受力均匀合理。
⑨按以上方案调整索力后,MBINI大桥的计算结果如下:
表2-1主梁持久状况和短暂状况截面正应力表
施工阶段成桥阶段运营阶段
正应力max(MPa)正应力max(MPa)正应力max(MPa)
18.38.913.3
各阶段混凝土最大压应力均满足规范要求
表2-2主梁持久状况主压应力表
主压应力max(MPa)持久状态箱梁最大主压应力满足规范要求